在掌握土的物理性质指标和土的物理状态特征后我们开始探讨土的实际应用。历史经验和实践证明告诉我们土越密实越重越硬,强度越高,公元前200多年,我国秦朝修建行车大道时就已懂得用铁锤夯土使之坚实的道理,以后的工程实践证明,设法使土变密实是一种经济合理的改善土的工程程性质的常用措施,那么土能达到怎样的密实程度,怎样才能让土达到这一程度,这就是我们这节课学习的内容。显然击实是最有效的措施,那如何用最小的击实功,把土击实到所要求的密度,是我们研究击实的主要目的和意义。通常我们在室内采用击实仪进行击实试验,现场采用碾压机械进行填筑碾压试验。本课程只介绍室内击实试验。实践证明,对过湿的土进行夯实或碾压会出现软弹现象(俗称橡皮土),此时土的密度不增大,因为含水率增大,土中结合水膜变厚,以致土中出现了自由水,击实时由于土样受力时间较短,孔隙中过多的水分不易立即排出,阻止了土粒的靠拢,击实效果不好;对很干的土进行夯实或碾压,也不能将土充分压实,因为含水率较小时,土中主要是强结合水,土粒周围的水膜很薄,颗粒间具有很大的分子引力,阻止颗粒移动,受外力作用时不易改变原来的位置,因此压实就比较困难。所以要使土的压实效果最好,含水率一定要适宜。在一定的击实能量作用下使土最容易压实,并能达到最大密实度时的含水率,称为土的最优含水率(或称最佳含水率),用ωOP表示,相对应的干密度记住是干密度叫最大干密度,用ρdmax表示。室内击实试验方法具体过程详见《标准》,大致过程是制备五组不同含水率的试样,每组试样分三层放入击实筒内,每放一层用击实锤打击至一定击数,每一层土的击实功为锤体重量、锤体落距和击打次数三者的乘积,将土层分层击实至满筒后(层和层之间需拉毛,三层击实后土稍高出筒高,然后将多余部分削去),测定击实后土的含水率和湿密度,算出干密度。用同样的方法击实其余四个土样,求出五个土样击实后的含水率和干密度。以含水率为横坐标,干密度为纵坐标绘出五个数据点,连接绘出的各点成一曲线即为反映土体击实特性的曲线,称为击实曲线。如图所示,当含水率较低时,随着含水率的增加,土的干密度也逐渐增大,表明压实效果逐步提高;当含水量超过最优含水率ωOP时,干密度则随着含水率增大而减少,即压实效果下降。图中击实曲线上出现的峰值相应的含水率就是最优含水率,对应的干密度即为最大干密度。如果试验所得击实曲线没有出现峰值,说明试验失败需调整试样含水率重新试验,通过大量试验,我们发现粘性土的最优含水率与土的塑限很接近,大约大两个百分点,因此击实试验含水率配置时选在塑限附近,以2%为梯度配置含水率。大量试验证明土中粘土矿物越多,颗粒越细时最优含水率越大,同时最优含水率与土的击实功的大小有关,《规范》中分为轻型和重型,如图所示曲线3为轻量级机械压实,因为能量较小,要求土粒间有更多的水分使其润滑,因此最优含水率较大而得到的最大干密度较小,曲线1和2为机械夯实或重量级机械压实,压实能量大,所以在工程施工过程中,土体压实程度不足时,可以加大击实功,来达到所要求的密度。在实际工程建设中我们用压实度来要求施工现场需要达到的密实程度,现场土样干密度除以击实曲线得出的最大干密度,用百分数表示。例如设计要求地下某层土的压实度为95%,代表这层土压实后的干密度达到最大干密度95%以上,俗称95区。土中给出了根据土样饱和密度绘制的理论饱和曲线,可以看出击实试验不可能将土击实到完全饱和状态,击实过程只能将与大气相通的气体排出去,而封闭气体无法排出,仅能产生部分压缩,在最优含水率时,其饱和度一般为0.8左右。相对粘性土而言,无粘性土多成是单粒结构,缺少了颗粒间的粘聚力,含水率变化对它的性质影响不显著,因此和粘性土相比有显著差异,如图所示风干和饱和这两种状态下,土粒间不存在粘聚力,击实效果较好,实际工程中如果用来做人工地基,务必用振动碾压实,因为无粘性土如果出于饱和疏松状态,在强烈振动下,土的结构趋于紧密,在瞬间会变成流动状态,俗称“液化”,土体强度丧失,1976年唐山地震后出现的喷砂冒水现象就是这一原理。

